多兆瓦级风力发电机组变流器技术方案.doc

多兆瓦级风力发电机组变流器技术方案 1项目的目标、研究范围和主要内容 1.1项目的目标 本项目的目标是通过对多兆瓦级风力发电机组变流器散热机理、温度场和空气散热器热负荷的分析研究，解决在不同气候环境（极端高温、极端低温、风沙、海洋型）条件下，多兆瓦级风力发电机组变流器的散热问题，开发用于不同气候环境下、多兆瓦级风力发电机组变流器水冷装置；并具备该系列新型水冷装置的产业化的技术基础。 项目目标提出的主要依据是： （1）国内外风电机组技术发展趋势是单机容量向大功率发展； （2）风力发电机组的应有场合从单一陆地环境向海洋性气候环境、极端高低温度环境发展。 1.2研究范围 （1）对极端高温、极端低温条件下，多兆瓦级风力发电机组变流器的散热效率和可靠性问题进行研究；以及多兆瓦级风力发电机组变流器水冷系统在严酷环境（风沙、海洋）的耐受性进行分析，研制适用于不同气候环境（极端高温、极端低温、风沙、海洋型）条件下多兆瓦级风力发电机组变流器的水冷装置。 提出的主要依据： 满足风力发电机组变流器散热需要，并能保证的风力发电机组在不同气候环境下可靠运行。 （2）建立计算机仿真平台和物理试验平台进行变流器散热机理、温度场和空气散热器热负荷分析。 提出的主要依据： 多兆瓦级风电发电机组变流器发热的功率密度大、应用环境恶劣，需要利用计算机仿真技术模拟不同气候环境下水冷系统运行，优化设计，提高水冷系统的效率和进一步提高系统运行的可靠性。在极端高低温环境及海洋气候环境下，冷却系统的维护难度大，维护成本高，需要比现有的风力发电机组冷却技术具有更高的可靠性，并且在研发、生产过程中，须不断加强试验和检测。 1.3项目的主要内容 本项目风力发电机组变流器水冷装置应用环境决定了冷却系统的设计应具有较高的散热效率，较好的环境适应能力。因此必须对变流器的工作原理、温度场的分布，空气散热器热负荷等有更深入的认识和理解；结合风力发电系统的实际情况，对冷却装置的结构有合理的布置，适应风力发电系统对装置结构的要求。同时，风电发电的应用环境，也决定风力发电及水冷装置具有较高的可靠性。 结合以上要求，本项目的主要研究内容有： （1）针对多兆瓦级风力发电机组功率密度高度特点，对不同气候（极端高温、极端低温）条件下，多兆瓦级风力发电机组变流器的散热效率和可靠性问题，进行深入研究，这包括建立计算机仿真平台和物理试验平台对多兆瓦级风力发电机组变流器散热机理、温度场和空气散热器热负荷分析，以为其结构优化提供依据。 （2）建立可对严酷环境（风沙、海洋）下冷却系统进行试验的试验平台，以对多兆瓦级风力发电机组变流器水冷系统和对不同环境条件的耐受性进行分析。 （3）通过空气散热器散热仿真分析和热负荷试验，结合变流器的发热特性，进行水冷系统的工艺流程设计及优化，提高冷却效率，实现精确控温。 （4）结合风机塔筒结构和布局，研究水冷系统结构，实现集成化，模块化设计，实现布局合理、整体紧凑、简洁，符合风力发电机组的要求。 （5）根据不同气候条件下风力发电变流器装置的运行特性和控制要求，研究专用的冷却控制与保护系统，并进行仿真测试。 2项目的技术方案 2.1采用方法 （1）深入了解多兆瓦风力发电机组的基本原理，确定水冷却介质在风力发电机组变频装置设计中的特性和参数。 （2）对前期投运的MW级风力风电机组水冷却系统进行运行数据积累和分析，确保前期研究成果能在本项目中充分应用。 （3）根据多兆瓦风力发电机组的运行特性和控制要求，设计专用的水冷控制与保护系统，并进行仿真测试。 （4）对控制系统进行电磁兼容试验。 （5）选择和测试新材料，充分掌握新材料在不同环境下的第一手试验数据。 （6）选择和测试新工艺，开发符合振动环境下可靠的结构设计和连接方式。 （7）与风力发电机组开发方合作，对其热负荷及散热进行严密理论计算，选择适用于大功率强发热组件散热的材料和结构设计。 （8）与多兆瓦风力发电机组开发方合作研究塔筒内部结构和布局设计，确保水冷系统外形符合尺寸要求。 （9）在充分研究的基础上，设计、制造出多兆瓦风力发电机组水冷却系统。 （10）针对多兆瓦风力发电机组水冷系统进行综合性能测试并参与验收。该项目实施后，将形成多项自主知识产权。 2.2水冷却技术的基础原理工艺流程 不同气候环境条件下、多兆瓦级风力发电变流器水冷装置是利用原有小容量风力发电变流器水冷装置的基础上开发研制的，并应用于不同气候环境下、多兆瓦级风力发电变流器的冷却。 传统风电机组变流器水冷系统工作原理： 恒定压力和流速的冷却介质源源不断流经发热体带走热量，温升冷却介质由高压循环泵的进口经室外空气散热器与冷空气进行热交换，散热后冷却介质再循环进入发热体。 在水冷系统室内管路和室外管路之间设置温控阀，由机械式自励调节温度。 通过隔膜式膨胀罐、安全阀的组合作为缓冲